蔣關(guān)魯，徐 鵬，王智猛

(1.西南交通大學(xué) 土木工程學(xué)院，四川 成都 610031；2.中鐵二院工程集團有限責(zé)任公司，四川 成都 610031)

輕型支擋結(jié)構(gòu)加筋土擋墻主要由面板、筋材和填土組成。與重力式支擋結(jié)構(gòu)相比，由于加筋土擋墻具有結(jié)構(gòu)輕便、施工簡單等優(yōu)點，因而廣泛應(yīng)用于鐵路、公路支擋工程[1-2]。近年來，為了研究加筋土擋墻的力學(xué)性能，國內(nèi)外對其開展了大量的模型試驗及數(shù)值分析[3-4]。

面板對加筋土擋墻承載能力及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性影響顯著。根據(jù)面板形式，加筋土擋墻可分為包裹式加筋土擋墻、分塊式面板加筋土擋墻及整體式面板加筋土擋墻。包裹式與分塊式面板加筋土擋墻雖然面板結(jié)構(gòu)美觀、柔性大、協(xié)調(diào)變形能力強，但是受限于荷載下結(jié)構(gòu)位移容許限值的要求及面板自身強度不足的缺陷，往往只能應(yīng)用于普通的民用工程[5]；對于結(jié)構(gòu)變形要求控制嚴格的高速鐵路仍然采用整體式面板，如日本Hokkaido高鐵線中大量使用的FHR(Full Height Rigid)加筋土擋墻[6]。盡管FHR加筋土擋墻優(yōu)越的抗震性能在大量地震實踐中被驗證，但當(dāng)墻體較高時，面板現(xiàn)場澆筑支模繁雜及成本高往往給其應(yīng)用帶來制約。

為在保證面板剛度前提下便于工程施工，本文在分析FHR加筋土擋墻的優(yōu)缺點基礎(chǔ)上，開發(fā)了一種面板由預(yù)制塊和現(xiàn)澆混凝土構(gòu)成的新型組合式面板加筋土擋墻(如圖1所示),并通過現(xiàn)場填筑試驗和振動臺模型試驗對其施工技術(shù)、施工工藝及整體性能特別是抗震性能進行分析和驗證。

圖1 組合式面板加筋土擋墻示意

1 現(xiàn)場填筑試驗

為了驗證組合式面板加筋土擋墻施工性能和施工成本，在新建成都—昆明客貨共線鐵路進行了長30 m(組合式面板、整體式現(xiàn)澆面板、分塊式面板各10 m)的填筑試驗。組合式面板加筋土擋墻的施工工序如下：

①地基及基礎(chǔ)施工。為了避免因地基強度不足而導(dǎo)致加筋土擋墻位移過大，對試驗場地采用振動壓路機壓實并測試地基承載力?，F(xiàn)場澆筑厚度10 cm的條形基礎(chǔ)用于進一步提高地基承載力。

②格柵鋪設(shè)。將格柵平鋪在填料上并在前端用U型釘將其固定。為了保證格柵在施工過程中充分張拉從而降低后期墻體的變形，在格柵末端采用張拉器，對其張拉。當(dāng)張拉力達到設(shè)計要求時，沿著格柵縱向釘埋U型釘。由于單幅格柵寬度僅為1.0 m,因此對橫向相鄰2幅格柵也采用U型釘固定。

③填料壓實。采用重型振動壓路機按照每層30 cm 對填料按照靜壓-輕振-重振-靜壓的順序進行壓實，對于格柵前端離壁面1.5 m范圍內(nèi)的填土采用小型機械碾壓。每層碾壓完成后進行地基系數(shù)K30試驗，保證K30值不小于130 MPa/m。

④重復(fù)步驟②,③直至返包填筑完成。

⑤返包側(cè)掛鋪鋼筋網(wǎng)。在施工完成的返包加筋體外側(cè)掛鋪鋼筋網(wǎng)并綁扎，將掛鋪的鋼筋網(wǎng)與預(yù)埋連接件鋼筋同時進行焊接。

⑥組合式面板施工。組合式面板由預(yù)制塊和現(xiàn)澆混凝土組成，厚度0.3 m，其中預(yù)制塊面板高1.20 m，長2.00 m，寬0.15 m，現(xiàn)澆混凝土的厚度為0.15 m。在條形基礎(chǔ)上標(biāo)出預(yù)制塊面板的位置并用水泥漿找平基礎(chǔ)表面。采用吊車將預(yù)制好的預(yù)制塊面板調(diào)裝至設(shè)計位置進行預(yù)制面板的組裝及預(yù)制面板鋼筋與連接件的焊接。每安裝2層預(yù)制塊便在預(yù)制塊與返包加筋體之間的預(yù)留空隙內(nèi)澆筑混凝土。由于預(yù)制塊位于澆筑混凝土的外側(cè)，因此預(yù)制塊面板可直接作為混凝土澆筑時的模具從而避免了支模?；炷翝仓^程中為了保證澆筑質(zhì)量，邊澆筑邊振搗，重復(fù)步驟⑤直至面板施工完成。

組合式面板加筋土擋墻現(xiàn)場施工的同時，也進行了整體現(xiàn)澆式面板及分塊式面板加筋土擋墻的施工。綜合對比顯示，組合式面板加筋土擋墻的施工效率最高,具體表現(xiàn)為：同長度、高度的墻體施工時間長短依次為組合式<整體式<分塊式；施工造價費用高低依次為組合式<整體式<分塊式。

2 振動臺模型試驗

在通過現(xiàn)場填筑試驗對組合式面板加筋土擋墻施工驗證的基礎(chǔ)上，通過振動臺模型試驗進行組合式面板加筋土擋墻抗震性能試驗。

單向電液伺服驅(qū)動式振動臺參數(shù)：振動臺模型箱為剛性模型箱(長3.5 m，寬1.5 m，高2.1 m)，最大加載加速度1.2g，最大有效載重25 t,加載波形頻率為0.4～15 Hz。

原型加筋土擋墻高7.5 m，筋材為高密度聚氯乙烯單向土工格柵，長度7.5 m，豎向間距0.3 m，面板厚度0.3 m，其中預(yù)制塊尺寸為高1.20 m長2.00 m寬0.15 m，填料為卵石土，重度22 kN/m3。

考慮到模型箱尺寸，模型加筋土擋墻高1.5 m(幾何相似比1∶5)。

模型試驗填料為碎石與砂質(zhì)量比5∶1的混合物，重度19.03 kN/m3，摩擦角50.2°，曲率系數(shù)3.2，不均勻系數(shù)10.6，最佳含水率4.1%。

試驗中土工袋采用防護網(wǎng)裁剪編織而成。

組合式面板總寬度為0.1 m，由預(yù)制塊(長0.30 m(0.40 m)，寬0.05 m，高0.20 m)和現(xiàn)澆混凝土構(gòu)成。為了增大預(yù)制塊與現(xiàn)澆混凝土之間的連接強度，在預(yù)制塊中預(yù)先埋置如圖1所示的門形連接鋼筋。

在模型試驗中，格柵多采用焊接編織的銅帶模擬[7]。本文模型試驗按照抗拉強度相似，將單根銅帶編織成銅網(wǎng)，銅網(wǎng)縱向間隔8 cm，橫向間隔15 cm。

除土工格柵外，根據(jù)FHR加筋土擋墻結(jié)構(gòu)組成，在填土中埋置如圖1所示的連接件[6]。連接件由寬3 cm、厚3 mm等邊角鋼和直徑6 mm、間距0.15 m的鋼筋組成，其中鋼筋與面板之間通過連接鋼筋進行連接。

模型試驗加載波形為正弦波，頻率5 Hz。模型填筑按照以下步驟進行：

①地基填筑。采用小型機械對地基進行夯實，地基填筑高度30 cm；

②加筋體施工。鋪設(shè)格柵、放置土工袋并預(yù)埋連接件。填筑過程中使用夯機每層10 cm對填料進行夯實，以保證填料壓實度達到95%；

③面板施工。依次錯位疊放預(yù)制塊面板并使預(yù)埋連接件與預(yù)制塊連接鋼筋扣接。預(yù)制塊面板施工完成后以預(yù)制塊面板為模具，在預(yù)制塊面板與土工袋之間澆筑混凝土并攪拌直至組合式面板施工完成。

與上述組合式面板加筋土擋墻相比，整體式面板加筋土擋墻模型除面板由整體現(xiàn)澆構(gòu)成以外，其余部分均相同。

不同動荷載下整體式面板、組合式面板加筋土擋墻水平位移見圖2。

圖2 加筋土擋墻水平位移

由圖2(a)可知：隨著加載加速度的增大，整體式面板的位移不斷增大，同時沿著墻高，面板位移自底部向頂部不斷增大即面板產(chǎn)生轉(zhuǎn)動變形。

為了分析組合式面板變形，將面板轉(zhuǎn)角通過下式表示：

(1)

式中：xi(i=1,2,3,4)表示圖2(b)中水平位移即H-1,H-2,H-3,H-4測試的水平位移，d1-2(3,4)表示位移計H-1 與H-2(3,4)之間的距離，分別為0.4,0.8,1.2 m。

由圖2(b)可知：在不同加載加速度下，轉(zhuǎn)角1,2,3基本相同，這表明在抗震烈度設(shè)防范圍內(nèi)，本文組合式面板剛度較大、整體性較好，并未出現(xiàn)面板的局部鼓脹變形而是呈現(xiàn)面板整體轉(zhuǎn)動的變形模式。綜上所述，組合式面板在便于施工的同時，其面板整體剛度基本達到整體式面板的性能。

3 結(jié)語

1)組合式面板加筋土擋墻在施工時由預(yù)制塊面板替代澆筑施工的模具，從而避免了支模，顯著提高施工效率。

2)組合式面板加筋土擋墻面板整體性較好，剛度較大。在高烈度地震設(shè)防區(qū)，面板未出現(xiàn)局部變形，其性能基本達到整體式面板的水平。

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